水電工程攔河筑壩形成的水工建筑物承受著自重、水推力等多種荷載作用。在施工過程中的結(jié)構(gòu)、圍巖和邊坡等穩(wěn)定狀況需得到有效監(jiān)控,以指導(dǎo)工程建設(shè)按照設(shè)計預(yù)計的方向安全、順利地進行。工程投產(chǎn)后的長期運行中需要監(jiān)控各建筑物運行狀態(tài),使其在設(shè)計年限內(nèi)或更長時期能正常、安全地工作,發(fā)揮效益。
為確保水電工程施工期、蓄水初期和運行期的工作性態(tài)和安全狀態(tài),指導(dǎo)正確施工和反饋設(shè)計調(diào)整,同時為科學(xué)研究積累資料,各類水工建筑物從施工初期就開始布設(shè)完善先進的安全監(jiān)測設(shè)施,嚴(yán)密監(jiān)控水工建筑物的“健康”狀況。水電工程安全監(jiān)測又稱大壩安全監(jiān)測,一般通過儀器監(jiān)測和現(xiàn)場巡視檢查,全面捕捉水工建筑物施工期和運行期的性態(tài)反映,分析評判建筑物的安全性狀及其發(fā)展趨勢。
水工建筑物發(fā)生事故前均會有各種破壞征兆。這些破壞征兆一般可歸結(jié)為異常的變形增大、異常的滲流變化、異常的結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變及溫度變化,以及環(huán)境量和荷載的異常變化等。安全監(jiān)測的方法主要有巡視檢查和儀器監(jiān)測兩種。巡視檢查主要通過人工巡檢發(fā)現(xiàn)水工建筑物表觀異常現(xiàn)象,儀器監(jiān)測主要利用已埋設(shè)的儀器或安裝的固定測點監(jiān)測物理量及環(huán)境量。
安全監(jiān)測的范圍和部位可按擋水建筑物、泄水建筑物、輸水發(fā)電建筑物、通航建筑物、工程邊坡及臨時建筑物等進行劃分。安全監(jiān)測項目一般按變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變和溫度、地震反應(yīng)、水力學(xué)、環(huán)境量等進行劃分。變形可分為外部變形和內(nèi)部變形方面進行監(jiān)測,主要內(nèi)容有結(jié)構(gòu)的沉降、傾斜、開裂及水平和垂直位移等。滲流主要對結(jié)構(gòu)內(nèi)部及地基和岸坡內(nèi)的滲流場進行監(jiān)測,主要內(nèi)容有滲漏量、揚壓力、滲透壓力、地下水位等。應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測內(nèi)容主要有混凝土、巖土體、鋼及相關(guān)組合等結(jié)構(gòu)物的拉、壓、彎、剪、扭等應(yīng)力和應(yīng)變及相關(guān)溫度。水力學(xué)針對水流特性進行監(jiān)測,主要內(nèi)容有流量、流速、脈動壓力、摻氣量、水面線、空蝕、沿程和局部水頭損失等。地震反應(yīng)主要分強震和弱震進行監(jiān)測。環(huán)境量監(jiān)測主要內(nèi)容有上下游水位、庫水溫及下游水溫、氣溫、風(fēng)速風(fēng)向、降水量、來水量、冰凍和冰壓力、波浪、壩前淤積和下游沖刷等。具體水工建筑物的監(jiān)測項目和內(nèi)容依建筑物的特性進行取舍。監(jiān)測設(shè)施的布置、儀器設(shè)備的選型、設(shè)施的安設(shè)、系統(tǒng)的集成、資料的分析和安全評估也大體按照這些種類加以展開。
水電工程安全監(jiān)測始于19世紀(jì),當(dāng)時主要采用大地測量方法觀測大壩的變形,后來逐漸發(fā)展到全面的安全監(jiān)測。20世紀(jì)50年代以來,我國水利水電工程安全監(jiān)測問題被逐漸提出和重視,并隨監(jiān)測方法和監(jiān)測手段的不斷改進而逐步發(fā)展,特別在大壩安全管理中得到了充分的展現(xiàn)。國內(nèi)外壩工史上,有很多監(jiān)測失敗或成功的案例,如意大利瓦依昂水庫滑坡,法國馬爾巴塞拱壩潰壩,我國安徽梅山連拱壩和浙江烏溪江湖南鎮(zhèn)支墩壩的滲漏處理。
2008年汶川地震中,安全監(jiān)測為評價震區(qū)水電工程安全發(fā)揮了重大作用,但也暴露出有的工程安全監(jiān)測設(shè)施維護不到位、關(guān)鍵時刻沒有發(fā)揮作用等問題,地震監(jiān)測是安全監(jiān)測中的薄弱環(huán)節(jié)。
目前我國已形成針對混凝土壩、土石壩和地震的安全監(jiān)測設(shè)計、儀器、施工、資料整編、自動化技術(shù)、專題報告編制等完備的安監(jiān)監(jiān)測規(guī)范體系。隨著監(jiān)測領(lǐng)域的科技攻關(guān)和工程實踐,監(jiān)測設(shè)計和監(jiān)測方法還在不斷地改進,有關(guān)考慮地形地質(zhì)條件、巖土工程技術(shù)性質(zhì)、工程布置、空間和時間連續(xù)性要求因素的安全監(jiān)測布置原則和方法相繼得到體現(xiàn)和應(yīng)用。監(jiān)測自動化系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)、安全預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)也在不斷的發(fā)展。